Universidade de Aveiro 2009
Departamento de Biologia
Renato José Braz
Mamede
Mapeamento de vegetação submersa através de
acústica de feixe simples
Universidade de Aveiro 2009
Departamento de Biologia
Renato José Braz
Mamede
Mapeamento de vegetação submersa através de
acústica de feixe simples
dissertação apresentada à Universidade de Aveiro para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Biologia Marinha, realizada sob a orientação científica do Doutor Victor Quintino, Professor auxiliar do Departamento de Biologia da Universidade de Aveiro e co-orientação da Doutora Rosa Freitas, investigadora auxiliar do Centro de Estudos do Ambiente e do Mar.
Dedico este trabalho à minha família pelo apoio e felicidade que me transmitem.
o júri
presidente Profª. Drª. Maria Ângela Sousa Dias Alves Cunha
Professora auxiliar do Departamento de Biologia da Universidade de Aveiro
Prof. Dr. Victor Manuel dos Santos Quintino
Professor auxiliar do Departamento de Biologia da Universidade de Aveiro
Drª. Rosa de Fátima Lopes de Freitas
Investigadora auxiliar do Centro de Estudos do Ambiente e do Mar
Prof. Dr. Sérgio Miguel Franco Martins Leandro
Professor assistente da Escola Superior de Turismo e Tecnologia do Mar de Peniche. Pólo do Instituto Politécnico de Leiria
agradecimentos Ao meu orientador, Professor Doutor Victor Quintino, pela oportunidade de realização deste trabalho e pelo apoio e disponibilidade demonstrados.
À minha co-orientadora, Doutora Rosa Freitas, pelos conhecimentos científicos transmitidos na área da acústica.
À Professora Doutora Ana Rodrigues pelo apoio e transmissão de conhecimentos ao longo deste trabalho.
Ao meu colega e amigo, Fernando Ricardo, pelo companheirismo e participação na parte prática deste estudo.
Ao sr. Rui Marques, técnico do Departamento de Biologia, pela sempre presente boa disposição e auxílio na vertente prática deste estudo.
A todo o pessoal do laboratório, nomeadamente, Adília, Leandro, Fernando, Marta, Patrícia, Puri e Roberto pela solidariedade e boa disposição demonstradas.
Ao programa “Acções Integradas Luso-Espanholas” através do projecto “ACOFAN: shallow water acoustic mapping of seagrass meadows and other benthic biotopes” e à FCT através do projecto “ACOSHELF: Coastal shelf ecosystems studies using acoustics” pelo apoio financeiro que permtiu a realização deste trabalho.
palavras-chave Acústica de feixe simples, cobertura algal, QTC VIEW, granulometria sedimentar, detecção remota de habitats
resumo Este estudo foi realizado no Mar Menor (Espanha), lagoa costeira mediterrânica de águas pouco profundas. Desde a década de 1970, que a macroalga Caulerpa prolifera tem vindo a expandir-se por todo o Mar Menor à custa da erva marinha Cymodocea nodosa, ocupando actualmente a maior parte desta bacia hidrográfica. A fixação desta macroalga teve como consequência o envasamento dos sedimentos devido à retenção de partículas finas no sistema rizoidal. Foi utilizado um sistema de discriminação de fundos (QTC VIEW série V) ligado a uma sonda de feixe simples com dupla frequência (50 e 200 kHz), com o objectivo de distinguir entre fundos com diferentes densidades da macroalga Caulerpa prolifera, caracterizados por diferentes tipos sedimentares. Para isto foram postas à prova duas hipóteses nulas, utilizando a análise permutacional multivariável de variância (PERMANOVA). As hipóteses testadas foram: H01: não existem diferenças
acústicas entre áreas arenosas e vasosas sem cobertura vegetal; H02: não
existem diferenças acústicas significativas entre áreas com baixa, média e elevada biomassa algal.
Os testes efectuados provaram que efectivamente, ambas as frequências estão aptas para a discriminação sedimentar e que, principalmente os 200 kHz são sensíveis à presença da macroalga.
keywords Single-beam acustics, algal cover, QTC VIEW, sediment types, habitat remote sensing.
abstract This study was conducted in Mar Menor (Spain), a mediterranean coastal shallow water lagoon. A single-beam Acoustic Ground Discrimination System (AGDS), QTC VIEW, series V, was used, connected to a dual frequency echo- sounder (50 and 200 kHz), with the aim of distinguish between bottoms with different densities of the macroalgae Caulerpa prolifera and caracerized by different sediment types. Since the 1970’s, that C. prolifera was expanding for all Mar Menor to expense of seagrass Cymodocea nodosa, and actually it occupies the major part of this hydrographic basin. The fixation of this macroalgae, was as consequence, the silting up of the superficial sediments, due to the retention of sediment fine particules. For this two null hypothesis were tested, using a permutacional multivariate analysis of variance (PERMANOVA). The null hypothesis tested were: H01: no significant acoustic
differences exist between bare sandy and muddy bottom areas; H02: no
significant acoustic differences exist among low, medium and high algal biomass areas.
The tests effectuated prove that both frequencies are able to discriminate different sediment types and that, principally, the 200 kHz are sensible to the presence of the macroalgae.
Índice
1Introdução ... 5
1.1 Estudo de habitats bentónicos ... 5
1.2 Métodos acústicos ... 8 1.3 Objectivo ... 11 2 Material e métodos ... 12 2.1 Amostragem ... 12 2.1.1 Local de Estudo ... 12 2.1.2 Amostragem acústica ... 14
2.1.3 Amostragem de sedimentos e algas ... 18
2.2 Análise laboratorial ... 19 2.2.1 Granulometria sedimentar ... 19 2.2.2 Biomassa algal ... 20 2.3Análise de dados ... 21 2.3.1 Dados acústicos ... 21 2.3.2 Granulometria sedimentar ... 23
2.3.3 Correlação entre o conteúdo em finos e a biomassa algal ... 24
2.3.4 Desenho experimental ... 24
2.3.5 Correlação entre os dados acústicos e as covariáveis usadas nos desenhos experimentais... 27
3 Resultados ... 28
3.1 Granulometria sedimentar e biomassa algal ... 28
3.2 Correlação entre o conteúdo em finos e a biomassa algal ... 30
3.3 Desenho experimental ... 30
3.4 Correlação entre os dados acústicos e as covariáveis usadas nos desenhos experimentais ... 37
4 Discussão ... 39
5 Bibliografia ... 42
Anexo I – Tabela de granulometria de todos os replicados ... 48
Anexo II – Tabela de biomassa algal de todos os replicados ... 49
Anexo III – Artigo onde estão publicados os resultados apresentados nesta dissertação ... 50
Índice de figuras
Figura 1 - Esquema da Caulerpa prolifera (adaptado de www.reefkeping.com) 5 Figura 2 - Fundo coberto por C. prolifera. ... 6 Figura 3 - Fundos marinhos hipotéticos com respectivas formas dos ecos
(adaptado de QTC IMPACT, 2004). ... 10
Figura 4 - Mar Menor, mostrando a localização de La Puntica (LP) e Molino de la
Calcetera (MC). ... 12
Figura 5 - Embarcação usada neste estudo. ... 14 Figura 6 - Circuitos acústicos (pontos a cinzento) efectuados em todas as áreas
de estudo (LP, LMA e LMB) para as duas frequências, 50 e 200 kHz. Os quadrados e rectângulos correspondem às áreas de amostragem acústicas seleccionadas, de granulometria e de biomassa algal. As zonas a verde representam fundo coberto por macroalgas. ... 16
Figura 7 - Bóias delimitando o circuito efectuado pelo barco na área de La
Puntica. ... 17
Figura 8 - Mergulhadores preparando-se para a recolha de amostras ... 19 Figura 9 - Lavagem e separação do sedimento das macroalgas. ... 20 Figura 10 - Ilustração das tabelas obtidas depois da exportação do ficheiro CSV,
nomeadamente, com os pontos de um replicado de um local de amostragem com as 166 variáveis, posição e profundidade (esquerda) e de um local de amostragem com as 166 variáveis. ... 23
Figura 11 - Relação entre o conteúdo em finos do sedimento (percentagem do
peso seco no total do sedimento) e biomassa algal (peso seco livre de cinzas)30
Figura 12 - Diagramas de ordenação (NMDS) dos dados sedimentares e
acústicos (50m e 200 kHz) para 2 (LP e MCB) e 3 áreas de estudo (LP, MCA e MCB) relativos aos locais de amostragem sem cobertura macroalgal. ... 31
Figura 13 - Diagramas de ordenação (NMDS) dos dados sedimentares e
acústicos (50m e 200 kHz) para 3 níveis de biomassa algal – conteúdo em finos relativos aos locais de amostragem com cobertura algal. Os três níveis correspondem às três áreas de estudo: elevado=LP, Médio=MCB e baixo= MCA. ... 36
Figura 14 - Relação entre o resultado do 1º eixo de uma PCA por local dos dados
acústicos (50 e 200 kHz) e as covariáveis usadas no desenho experimental (biomassa algal, conteúdo em finos, biomassa – conteúdo em finos e granulometria).; r – coeficiente de correlação. ... 38
Índice de tabelas
Tabela 1 - Características base de amostragem para a eco-sonda (Hondex
7300II) e QTC VIEW Series V, para ambas as frequências. CGA= Controle de ganho automático. ... 15
Tabela 2 - Classificação sedimentar , adaptada de Wenworth (Doeglas, 1968) e
de Larssoneur 1977. ... 24
Tabela 3 - Granulometria sedimentar, expressa em percentagem do peso total do
sedimento, mediana em unidades phi (Ф), biomassa algal, expressa em peso das cinzas (g) e classificação sedimentar. Os valores por local correspondem à média dos 4 replicados. ... 29
Tabela 4 - Resultados da PERMANOVA para o teste da H01, para ambas as
frequências (50 e 200 kHz). gl - graus de liberdade; SQ - soma dos quadrados; MS - média dos quadrados; Se - tipos sedimentares; Ar(Se) - áreas aninhadas nos tipos sedimentares; Lo (Se) – locais aninhados no tipos sedimentares; LO(Ar(Se)) – locais aninhados nas áreas e nos tipos sedimentares; Re – resíduos; Cov – covariável; n.s. não significativo. ... 32
Tabela 5 - Resultados da PERMANOVA para os testes da H02, para as variáveis
ambientais: teste global e comparações à posteriori duas a duas. gl - graus de liberdade; SQ - soma dos quadrados; MS - média dos quadrados. Ar(Se) - áreas aninhadas nos tipos sedimentares; Lo (Ar) – locais aninhados nas áreas; Re – resíduos; n.s. – não significativo. ... 33
Tabela 6 - Resultados da PERMANOVA para a H02, para os 200 kHz e para os 3
níveis de biomassa/conteúdo em finos; gl - graus de liberdade; SQ - soma dos quadrados; MS - média dos quadrados. Ar(Se) - áreas aninhadas nos tipos sedimentares; Lo (Ar) - locais aninhados nas áreas; Re – resíduos; n.s. – não significativo. ... 34
Tabela 7 - Resultados da PERMANOVA para a H02, para ambas as frequências
(50 e 200 kHz), para 2 níveis de biomassa/conteúdo em finos (Elevado e Baixo); gl - graus de liberdade; SQ - soma dos quadrados; MS - média dos quadrados Ar(Se) - áreas aninhadas nos tipos sedimentares; Lo (Ar) – locais aninhados nas áreas; Re – resíduos; n.s.- não significativo. ... 36
1Introdução
1.1 Estudo de habitats bentónicos
As macrófitas bentónicas incluem as macroalgas sésseis e as ervas marinhas (plantas marinhas com raiz), podendo formar grandes aglomerações nas zonas costeiras. Estes organismos funcionam como uma importante estrutura bentónica que contribui de diversas formas para o ecossistema, designadamente, como habitat para diversas espécies (entre outros, Whithfield, 1989; Irlandi, et al., 1999; Boström et al., 2006), sendo inclusivamente usadas como indicadores de qualidade ecológica (entre outros, Austoni et al., 2006; Schories et al., 2009; García et al., 2009). No entanto a disseminação de certas macroalgas sésseis, como por exemplo a espécie Caulerpa prolifera (fig.1 e 2) pode levar à alteração da comunidade e biomassa de peixes que estavam associados a algas anteriormente existentes nas áreas ocupadas (Cymodocea nodosa) (Pérez-Ruzafa et al., 1991; 2006). As macroalgas do género Caulerpa têm vindo a ser descritas como fortes competidoras pela ocupação do espaço com ervas marinhas (Taplin et al., 2005; Stafford e Bell, 2005), apresentando grande potencial invasor e de posterior expansão (Vaugelas et al., 1998; Ruitton et al., 2005). A estrutura das macroalgas deste género, tal como se pode verificar na figura 1, é definida por um talo composto por um estolho horizontal ancorado num sistema rizoidal e por frondes erectos.
Figura 2 - Fundo coberto por C. prolifera.
Tendo em conta a sua ampla distribuição e os seus benefícios para o ecossistema é de extrema importância o desenvolvimento de metodologias que permitam o mapeamento das macrófitas bentónicas em grande escala. Normalmente, os estudos de habitats bentónicos são realizados através de metodologias tradicionais, incluindo a recolha de amostras sedimentares (entre outros, Prohić e Huračić, 1989) para posteriores análises dos parâmetros físico-químicos (p.e. granulometria), seguindo-se a caracterização da macrofauna bentónica. Podem também ser realizadas recolhas de vegetação bentónica (entre outros, Schories et al., 2009; Juanes et al., 2008) com o objectivo de estimativa de biomassa e distribuição vegetal. As amostras sedimentares, podem ser obtidas utilizando dragas ou cores, ao invés, no caso da recolha de vegetação submersa o método mais utilizado é a recolha directa por mergulhadores. Estes métodos tradicionais requerem um grande esforço de amostragem, produzindo resultados bastante fiáveis, embora não compreendam áreas muito vastas, quando comparadas com aquelas que podem ser abrangidas por métodos de detecção remota. Hoje em dia, estes métodos têm vindo a ser cada vez mais utilizados, em detrimento das metodologias tradicionais. Nos métodos de detecção remota estão incluídos os métodos visuais e os acústicos, assim definidos de acordo com os aparelhos usados, necessitando, em ambos os casos, de validação através de recolhas sedimentares ou de vegetação.
No caso dos métodos visuais podem ser utilizadas a fotografia aérea ou a imagem por satélite. Estes podem ser utilizados no mapeamento de habitats
aquáticos e terrestres (Zharikov et al., 2005; Frohn et al., 2005). A fotografia aérea pode ser usada para mapear vegetação subaquática, mas não consegue fazer distinção entre espécies. Os satélites de grande resolução ou as plataformas aéreas (p.e. IKONOS, CASI, LANDSAT ou Quickbird) demonstraram ser metodologias eficientes no mapeamento de diferentes biótopos marinhos em zonas costeiras de pouca profundidade, como é o caso do mapeamento de macroalgas (Dekker et al., 2005; Gullström, 2006; Phinn et al., 2008;) e de recifes de coral (Riegl e Purkis, 2005). A grande limitação destes métodos é a sua ineficiência em águas profundas, ou então em águas com um grande coeficiente de atenuação óptica, como é o caso da maior parte das lagoas costeiras.
Relativamente aos métodos acústicos, pode-se dizer que são pouco ou nada influenciados pela profundidade e turbidez da água (Riegl e Purkis, 2005), tornando-se especialmente interessantes no mapeamento de biótopos bentónicos, nomeadamente, vegetação submersa.
Os sistemas acústicos de discriminação de fundos baseados em ecosondas de feixe simples têm sido utilizados no mapeamento de biótopos bentónicos. Diversos autores utilizaram o sistema acústico utilizado neste estudo, QTC VIEW, na caracterização de fundos com diferentes tipos sedimentares (Freitas et al., 2003), no estudo de biótopos caracterizados por corais (Moyer et
al., 2005; Riegl e Purkis, 2005; Gleason, 2009) e vegetação aquática (Riegl et al.,
2005; Preston et al., 2006). Num dos estudos efectuados em áreas com biótopos caracterizados por corais (Riegl e Purkis, 2005), no qual se utilizaram frequências iguais às deste estudo (50 e 200 kHz), os resultados foram elucidativos das diferentes capacidades de classificação destas duas frequências. No caso dos dados acústicos relativos aos 50 kHz, estes permitiram a distinção entre zonas de areias móveis e zonas de substrato duro, por sua vez, com a utilização dos 200 kHz foi alcançada a distinção entre zonas com diferentes rugosidades (corais e ondulações na areia de substrato plano), mas não entre zonas de substrato móvel e consolidado. Preston et al., (2006) num trabalho onde foi utilizada uma sonda com apenas a frequência de 200 kHz, demonstrou a capacidade do QTC VIEW Série V na discriminação entre fundos cobertos por duas ervas marinhas
vegetação. Noutro trabalho realizado na Florida (EUA) por Riegl et al., (2005), tanto em amostragens acústicas de campo como em ambiente controlado, foi possível efectuar a distinção entre fundos cobertos com ervas marinhas e fundos com diferentes densidades de cobertura macroalgal (pouco e muito densa). Estes autores sugerem que a amostragem acústica poderá ser influenciada pelo tipo sedimentar, ou seja, o sistema acústico poderá estar a discriminar entre diferentes sedimentos em vez de zonas com diferentes coberturas. Nestes estudos realizados com o objectivo de evidenciar a presença de vegetação, não foi confirmado o tipo sedimentar presente por baixo da vegetação. No presente estudo este problema foi levado em conta.
1.2 Métodos acústicos
As principais tecnologias de classificação de fundos marinhos são: o sonar de varrimento lateral, ecosondas de multifeixe e sistemas acústicos de discriminação de fundos. Os sistemas acústicos de discriminação de fundos possuem várias características que têm contribuído para a sua eleição em diversos estudos, nomeadamente as suas propriedade não invasivas, a discriminação de vários tipos de sedimentos móveis e características do fundo marinho, podendo cobrir vastas áreas com amostragens praticamente contínuas e o seu baixo custo relativamente aos sonares de varrimento lateral e aos sistemas de multi-feixe (Kenny et al., 2003).
Os sistemas acústicos de classificação de fundos marinhos são amplamente usados na caracterização remota de fundos marinhos. Esta tecnologia é frequentemente utilizada em estudos dedicados às áreas da biologia e geologia marinha, construções marinhas, no sector das dragagens e para propósitos militares (Collins e Rhynas, 1998). A classificação acústica é definida como a organização do fundo marinho ou das camadas subsuperficiais do fundo em diferentes classes ou tipos sedimentares baseada nas características dos ecos reflectidos no fundo. A classificação consiste no agrupamento de ecos com características similares, recorrendo a técnicas de classificação (Preston e Collins, 2000).
Os dois tipos de sistemas acústicos de discriminação de fundos comerciais mais conhecidos são o QTC VIEWTM (Quester Tangent Corporation, Canadá) e o RoxAnnTM (Stenmar Microsystems Ltd., Escócia). No caso do sistema acústico utilizado neste estudo, QTC VIEW Série V, o transdutor apenas analisa as características e forma do primeiro eco, ao contrário do RoxAnn onde são analisados as características do primeiro e do segundo eco (Preston e Collins, 2000).
No caso do QTC VIEW Série V, o sistema de classificação de fundos é ligado a uma eco-sonda e respectivo transdutor, a bordo de um barco. É utilizado um sistema de GPS (sistema de posicionamento global) para adquirir coordenadas simultaneamente à recolha de informação acústica. Este sistema pode ser utilizado com ecosondas com diversas frequências: 38, 50, 120 e 200 kHz. As frequências mais baixas (10-100kHz), penetram mais profundamente no sedimento devido à maior energia do sinal acústico gerado. Isto permite a obtenção de mais informação sobre as características do sedimento, mas perde-se capacidade de definição das fronteiras perde-sedimentares. Por outro lado, as frequências mais elevadas (>100 kHz), não contêm tanta informação, apesar de permitirem identificar com maior detalhe a variabilidade do fundo (Collins e Rhynas, 1998).
O sinal acústico gerado pela eco-sonda, usualmente com frequências entre 30 e 200 kHz, atravessa a coluna de água e ao atingir o fundo marinho é reflectido regressando ao transdutor onde é convertido em energia eléctrica. O transdutor envia a informação para a eco-sonda e para o QTC, onde o sinal é registado num monitor (Collins e Rhynas, 1998; Kenny et al., 2003). Um computador é usado para a aquisição, armazenamento e visualização dos dados
Diferentes fundos produzem diferentes sinais acústicos (figura 3). As características do sinal acústico recebido são controladas pelas especificidades do fundo marinho. As principais influências são a rugosidade do fundo marinho e a diferença de densidades entre a água e o material do fundo marinho. A rugosidade do fundo marinho pode suceder em diferentes escalas, desde a milimétrica (granulometria sedimentar), até à escala de metros (diferentes formas
recebido (Watt, 1999). Os organismos que vivem sobre ou no interior do fundo marinho também podem ter efeito sobre o sinal acústico (QTC IMPACT, 2004).
Figura 3 - Fundos marinhos hipotéticos com respectivas formas dos ecos (adaptado de QTC IMPACT, 2004).
A validação dos dados acústicos obtidos através da recolha de amostras sedimentares, utilizando cores ou dragas, ou através de métodos visuais utilizando câmaras subaquáticas ou visualização directa de mergulhadores é de extrema importância. Estes procedimentos são necessários para uma melhor interpretação dos dados acústicos e de modo a ser possível relacionar entre as assinaturas acústicas e uma escala de classificação de fundos marinhos (Freitas
et al., 2006).
A qualidade da informação recolhida do fundo é influenciada pelas características do impulso gerado pela ecosonda, entre estas estão o ângulo do feixe, a frequência, a duração do impulso e a taxa de emissão (Collins e Rhynas, 1998).
Outra consideração a ter sobre este sistema é a duração do impulso, que consiste no espaço de tempo no qual a sonda transmite potência ao transdutor, sendo proporcional à energia acústica que é transmitida à coluna de água, ou seja, impulsos mais longos transmitem mais energia. No entanto, um impulso muito prolongado em águas pouco profundas (<2m) resulta numa sobreposição dos ecos (Collins e Rhynas, 1998).
A taxa de emissão (ao contrário da duração da potência) pode variar. Se esta repetição for muito rápida a baixas profundidades poderá criar dados redundantes. A profundidade elevada, se a repetição for lenta serão criadas
lacunas nos dados amostrados, mas se for rápida os ecos poderão colidir entre si (Collins e Rhynas, 1998).
De modo a obter melhores resoluções dos dados, a embarcação não se poderá mover a grandes velocidades, como foi anteriormente demonstrado por Szalay e Macconnaughey (1999), isto é, considerando a mesma taxa de emissão, a velocidades superiores menos sinais acústicos são adquiridos.
1.3 Objectivo
O trabalho foi realizado no Mar Menor, lagoa costeira mediterrânica onde se tem vindo a observar por toda a sua bacia hidrográfica a disseminação da macroalga Caulerpa prolifera (Pérez-Ruzáfa et al. 1989; 1991; 2006). A área de estudo incluiu fundos com diferentes tipos sedimentares (areia e vasa) e foi usada uma eco-sonda de feixe simples com dupla frequência (50 e 200 kHz).
Este estudo teve como principais objectivos investigar a capacidade do sistema acústico QTC VIEW série V para discriminar fundos com e sem vegetação, nomeadamente da macroalga Caulerpa prolifera, com sedimentos superficiais contrastantes e testar qual das frequências (50 ou 200 kHz) é a mais apta para distinguir entre diferentes tipos sedimentares e coberturas de vegetação submersa. Neste âmbito foram testadas duas hipóteses nulas, através do uso de análise permutacional multivariável de variância (PERMANOVA). As hipóteses testadas foram: H01: não existem diferenças acústicas significativas entre áreas
arenosas e vasosas sem cobertura vegetal; H02: não existem diferenças acústicas
2 Material e métodos
2.1 Amostragem
2.1.1 Local de Estudo
Este estudo foi realizado no Mar Menor em Maio de 2008. O Mar Menor (fig. 4) é uma lagoa costeira hipersalina de 135 Km2 de área, localizada no sudeste de Espanha (37°42’00’’ N - 00°47’00’’ O) com ligação ao Mar Mediterrâneo através de vários canais. A profundidade média situa-se entre 3 e 4 m, com um máximo de 7 m na zona mais central da bacia da lagoa. A gama de salinidade varia entre 42-47 e a temperatura da água entre 12-30,5 °C (Pérez-Ruzafa et al., 1989; 1991; 2007).
“La Manga”, uma restinga de areia de 22Km de comprimento e 100-900m de largura, serve como barreira entre a lagoa e o Mediterrâneo, no entanto é atravessada por cinco canais, chamados golas. Quatro destes canais são pouco profundos (menos de 1m de profundidade) enquanto que um deles, El Estacio, sofreu um alargamento e aprofundamento (até 5 m de profundidade) de modo a ser navegável. Todos juntos têm uma largura de 645 m, dando à lagoa uma taxa de restrição de 0,015, sendo assim classificado como uma lagoa restrita segundo a classificação proposta por Kjerfve (Kjerfve, 1994 in Perez-Ruzafa et al., 2005a). Existem duas ilhas principais e três mais pequenas, permanecendo uma delas ligada a “La Manga” (Perez-Ruzafa et al., 2005a) (fig. 4). O alargamento do canal El Estacio permitiu um aumento nas taxas de intercâmbio de água entre a lagoa e o Mar Mediterrâneo. Isto resultou num suavizar de temperaturas extremas, essencialmente as mais baixas, e redução de salinidade, permitindo assim a colonização de novas espécies marinhas (Perez-Ruzafa et al., 1991). Outras mudanças efectuadas na lagoa, tais como a construção de um porto, e desde 1987, a politica de criação de praias artificiais pela dragagem de sedimentos e sua deposição ao longo da costa, levaram a mudanças tanto ambientais como biológicas (Perez-Ruzafa et al., 1991). Nos últimos anos o número de espécies de moluscos e de peixes duplicou. Os prados de Zoostera
sp., Cymodocea nodosa e as escassas porções de Posidonia oceanica foram
substituidos por mantos mistos de C. nodosa-C. prolifera ou monospecificos de C.
prolifera em fundos vasosos, e raras porções de C. nodosa em fundos arenosos.
O alastramento por parte da C. prolifera ainda continua e esta já se encontra sobre substrato rochoso. Mudanças na cobertura vegetal levaram a modificações na estrutura sedimentar, tais como o incremento do conteúdo em finos, devido à retenção destes no sistema rizoidal da C. prolifera, originando o aumento da matéria orgânica (Perez-ruzafa et al., 1991). De acordo com a sua composição granulométrica, os fundos do Mar Menor podem ser classificados em duas categorias principais: fundos vasosos e arenosos, com algumas áreas de rocha. Os fundos vasosos cobrem tanto a zona mais profunda da lagoa, como a zona menos profunda que apresenta menor hidrodinamismo. Os fundos arenosos
(>89% areia) estão sobretudo localizados nas margens da lagoa e nas pequenas baias que rodeiam as ilhas (Perez-Ruzafa et al., 2005a).
2.1.2 Amostragem acústica
A amostragem acústica foi conduzida a partir de uma pequena embarcação a motor (fig. 5), onde foi montado um sistema acústico de feixe simples constituído por um sistema de discriminação de fundos (QTC VIEW Série V), uma eco-sonda de dupla frequência Hondex 7300II (50 e 200 kHz), um transdutor, um GPS e um computador portátil.
Figura 5 - Embarcação usada neste estudo.
As principais características do QTC VIEW e da eco-sonda estão representados na tabela 1. Os dados acústicos para cada frequência foram adquiridos em amostragens consecutivas. Devido ao pequeno tamanho da embarcação usada (fig.5), o transdutor foi montado na parte lateral e o mais longe possível do motor para evitar a turbulência que poderia interferir com a recepção do sinal acústico. De modo a evitar a colisão entre ecos devido à pouca profundidade, a gama de profundidades, uma das definições da ecosonda, foi ajustada para entre 0-40m, ajustando automaticamente a taxa de emissão e a duração do impulso (tabela 1). Com o objectivo de garantir a melhor cobertura acústica possível, a velocidade máxima do barco durante a amostragem foi de 2
nós, diminuindo assim a perturbação causada pelo motor e permitindo alcançar um menor espaçamento entre os ecos. Além disto, de modo a obter a maior quantidade de dados acústicos (mais ecos), as áreas de amostragem foram repetidamente amostradas, devido à pequena dimensão destas (fig. 6). A profundidade mínima à qual era seguro realizar a amostragem acústica era de cerca de 1m, devido a possíveis irregularidades no fundo marinho e à dificuldade em evitar a colisão de ecos a profundidades inferiores.
Tabela 1 - Características base de amostragem para a eco-sonda (Hondex 7300II) e QTC VIEW Series V, para ambas as frequências. CGA= Controle de ganho automático.
Parâmetro
Frequência amostrada
50 kHz 200 kHz
Largura do feixe 28º 10°
Potência 600 Watt 600 Watt
Eco-sonda Duração do impulso 265 s 265 s
Taxa de emissão 7 por segundo 7 por segundo
Figura 6 - Circuitos acústicos (pontos a cinzento) efectuados em todas as áreas de estudo (LP, LMA e LMB) para as duas frequências, 50 e 200 kHz. Os quadrados e rectângulos correspondem às áreas de amostragem acústicas seleccionadas, de granulometria e de biomassa algal. As zonas a verde representam fundo coberto por macroalgas.
Na perspectiva de encontrar as áreas mais apropriadas para a realização deste estudo, efectuou-se uma busca prévia por toda a lagoa. Foram seleccionadas áreas em fundos arenosos e vasosos para a realização deste estudo, localizadas respectivamente em Molino de la Calcetera (MC) e junto à costa de La Puntica (Lo Pagán) (LP) (fig. 4), entre profundidades de 1,5 e 2,5 metros. Os circuitos acústicos efectuados foram demarcados através do uso de bóias sinalizadoras (fig. 7).
Figura 7 - Bóias delimitando o circuito efectuado pelo barco na área de La Puntica.
A amostragem acústica realizada em MC incluia fundos com e sem C.
prolifera. Em Molino de la Calcetera foram seleccionadas duas áreas (MCA e
MCB) para a realização da amostragem acústica, onde o fundo era predominantemente arenoso e a biomassa de macroalgas era bastante menor à observada em fundos vasosos. Em cada uma destas áreas foram amostrados 2 locais com e 2 locais sem cobertura macroalgal, existindo assim replicação dos locais em MC.
Junto à costa de La Puntica, apenas uma área foi seleccionada (LP) para efectuar o levantamento acústico. Esta área era constituída por fundos vasosos inteiramente cobertos por macroalgas, apresentando algumas zonas densamente cobertas. Nesta área tentou-se repetir o mesmo desenho experimental utilizado nas áreas de MC. Isto não foi possível devido à inexistência de fundos vasosos sem cobertura macroalgal, ou seja, não se alcançou tanto a replicação da área, como do local sem cobertura macroalgal em LP. De modo a criar zonas sem cobertura na área LP foi efectuada a remoção de algas à mão e com o auxílio de ancinhos, através de mergulho com escafandro autónomo, de uma área de aproximadamente 100 m2 [20 x 5 m]. Na demarcação do local onde se removeram as algas foi utilizado um fio bem visível, colocado junto ao fundo, no qual se amarraram pequenas bóias para ajudar na orientação dos mergulhadores. Antes
treino de orientação debaixo de água, perto do local onde foi executada a remoção.
Nas três áreas (LP, MCA e MCB) seleccionadas foram realizadas amostragens acústicas com ambas as frequências (50 e 200 kHz). Infelizmente na área MCA, devido a um problema pontual com o equipamento acústico, não se conseguiram obter com êxito os dados acústicos referentes à frequência de 50 kHz.
2.1.3 Amostragem de sedimentos e algas
As áreas cobertas acusticamente foram amostradas para análises granulométricas dos sedimentos superficiais e de biomassa de C. prolifera. Para cada uma das áreas (MCA e MCB) (fig.6) de Lo Molino de la Calcetera foram estabelecidos 4 locais de amostragem, 2 em fundos não cobertos (MCA1, MCA2, MCB1, MCB2) e 2 em fundos cobertos pela macroalga (MCA3, MCA4, MCB3, MCB4), totalizando 8 locais de amostragem em cada área. Em cada local, 4 replicados foram efectuados (a, b, c, d,) para ambos os descritores. Relativamente à área de La Puntica (LP), foram estabelecidos 3 locais de amostragem (LP1, LP2, LP3). O local LP3, que está localizado entre LP1 e LP2, foi seleccionado para a remoção da cobertura macroalgal. Em LP1 e LP2 foram amostradas 4 replicas (a, b, c, d) para análises de granulometria sedimentar e de biomassa algal, enquanto no local LP3, 8 replicados foram realizados para análise granulométrica sedimentar, 4 antes e 4 após a remoção da alga. Para averiguar da alteração ou não da estrutura sedimentar superficial devido à remoção de C.
prolifera.
Todas as amostragens foram realizadas através de mergulho autónomo (fig. 8). Cada amostragem foi realizada por dois mergulhadores, enquanto um recolhia as amostras o outro, através de mergulho em apneia, transportava as amostras já recolhidas até ao barco de apoio. As algas (folhas e sistema rizoidal) foram obtidas por arrancamento com as mãos de uma área de [20 x 20 cm] e colocadas num saco de rede. As amostras sedimentares foram executadas com um corer ou com uma pá, consoante a compactação do sedimento, sendo
seguidamente colocadas em sacos de plástico, apresentando um volume entre 500 – 1000 cm3
.
Figura 8 - Mergulhadores preparando-se para a recolha de amostras
2.2 Análise laboratorial
2.2.1 Granulometria sedimentar
A análise granulométrica foi realizada através de crivagem húmida e a seco segundo os seguintes passos adaptados de Quintino et al. (1989): (1) Lavagem do sedimento com água doce; (2) Destruição química de matéria orgânica usando água oxigenada (H2O2) utilizando sucessivamente, concentrações crescentes: 30,
65 volumes e 130 volumes; (3) Secagem da amostra a 60ºC, até obtenção de um peso constante (48 horas) e determinação do peso seco total (=P1); (4) Dispersão química do sedimento por 24 horas em pirofosfato de tetra-sódio decahidratado (30g/l); (5) Crivagem húmida através de uma malha de 63 µm; (6) Secagem do material retido na malha de 63 µm a 60ºC, até obtenção de um peso constante (48 horas); (7) Determinação do peso seco do material retido na malha de 63 µm (=P2) e cálculo do peso seco da fracção inferior a 63 µm pela diferença (P1-P2); (8) Crivagem mecânica a seco da fracção P2 usando crivos com malhas entre 63 µm (4Φ) e 4 mm (-2Φ), em intervalos de 1Φ (Φ= -log2 dimensão da partícula
Determinação da percentagem de cada fracção em relação ao peso seco total (excepto a percentagem biogénica).
2.2.2 Biomassa algal
As macroalgas foram separadas do sedimento, lavadas e secas ao ar (fig. 9). Todos os organismos incrustados nas algas foram igualmente removidos. A
Caulerpa prolifera era a única macroalga bentónica (ou seja, permanentemente
presa ao sedimento) encontrada em abundância na área de estudo. Após a identificação, a biomassa de C. prolifera colhida foi medida como peso seco (PS) e peso seco livre de cinzas (PSLC). A determinação do PS foi obtida após secagem das macroalgas a 80ºC, até obtenção de um peso seco constante (48 horas), seguidamente o PSLC foi determinado pela carbonização numa mufla a 500 ºC durante 5 horas. O peso foi calculado com uma precisão de ± 0,01 g. Para todas as análises de dados efectuadas foi usado o PSLC. A matriz final dos dados de biomassa algal está presente no anexo II.
2.3 Análise de dados
2.3.1 Dados acústicos
O tratamento dos dados acústicos foi igual para ambas as frequências (50 e 200 kHz). O QTC VIEW Série V registou as ondas de pressão acústica recolhidas pelo transdutor (eco ou registo) e gerou dados sobre a forma total de onda (ficheiro fwf) e também baseados na amplitude da forma total de onda, designadamente o envelope (ficheiro env). Ao copiar os dados do ficheiro fwf, o software QTC IMPACT v.3.4 cria um ficheiro env que é igual ao ficheiro gerado pelo QTCVIEW. Neste estudo, para ambas as frequências, foram utilizados os ficheiros fwf, dado que estes dados são relativos à forma total da onda, no entanto não eram esperadas diferenças entre as análises efectuadas com base nestes ficheiros e nos ficheiros env.
Os dois conjuntos de dados (50 e 200 kHz) foram processados separadamente pelo software QTC IMPACT v3.4 que, através do uso de uma série de algoritmos, descreve o eco recebido em 166 variáveis (Full Feature Vectors, ficheiro FFV). A profundidade e o posicionamento de cada eco podem ser conhecidos a partir deste ficheiro, usando para isto o software IMPACT v3.4. Ecos suspeitos de conterem erros podem ser eliminados para futuras análises e então o ficheiro FFV pode ser submetido a uma análise de componentes principais (PCA), donde apenas são extraídos os valores relativos dos 3 eixos principais (Q1, Q2, Q3), para cada eco. Assim a descrição dos ecos é representada por apenas 3 variáveis, no entanto estas representam a maior parte da informação presente na matriz das 166 variáveis, sendo importante referir que os valores de Q1, Q2 e Q3 variam em função do tamanho da matriz submetida ao PCA. No caso das 166 variáveis que descrevem cada eco no ficheiro FFV, estas são sempre iguais, não dependendo do tamanho da matriz de dados submetida à PCA (QTC IMPACT, 2004). Esta é a razão pela qual usámos neste estudo a matriz original (ficheiro FFV), onde cada eco é descrito por 166 variáveis, e não a matriz de dados simplificada pela PCA produzida pelo software IMPACT v3.4.
processados no software IMPACT v3.4, nomeadamente, a profundidade, posicionamento e as 166 variáveis. Os ficheiros no formato ASCII não permitem o seu processamento directo, implicando uma reformatação. No intuito de aceder a este tipo de ficheiro foi criado um software de aplicação de conversão Microsoft® Windows® (v 1.0.8.45), usando a ferramenta de desenvolvimento Microsoft© Visual© c#2005. Esta aplicação converte os ficheiros no formato ASCII em ficheiros CSV, conservando estes ficheiro os dados presentes no ficheiro ASCII. O desempenho desta aplicação é independente do número de FFV e de ecos. Atendendo a que normalmente o ficheiro FFV ASCII apresenta um grande tamanho, consequência do elevado número de ecos, foi dada especial atenção ao algoritmo de processamento de forma a minimizar o tempo de processamento e uso de memória do CPU. Este algoritmo processa cada eco separadamente, e somente a profundidade, posição e as 166 variáveis foram exportadas para o ficheiro CSV. O Tab é usado como delimitador. Durante o processamento dos dados, os registos que não apresentarem profundidade ou posicionamento não são considerados. O ficheiro CSV é um formato que pode ser aberto, visto, modificado e salvo em Microsoft© Office Excel©. O ficheiro em Excel pode ser salvo em formato dbf (ficheiro de base de dados), podendo assim ser exportado para um sistema de informação geográfica (GIS) ou outro software de análise de dados.
Usando um GIS é possível a visualização da distribuição espacial dos ecos e dos locais de amostragem sedimentar e de biomassa algal. Ao redor de cada local de amostragem foi seleccionada uma área quadrada de igual tamanho para todos os replicados, incluíndo os ecos respectivos de cada uma, permitindo assim a atribuição de informação acústica aos locais de amostragem, chamada de área de amostragem acústica. Geralmente cada área acústica inclui entre 40 e 50 registos. A matriz de dados acústicos representativa de cada local de amostragem (fig. 10) contem todos os ecos, e respectivas 166 variáveis e posição, presentes no interior das áreas seleccionadas. Para cada replicado de cada local de amostragem, a matriz final de dados acústicos é representada pela média de todos os registos, para cada uma das 166 variáveis. Esta matriz não incluía a profundidade nem a posição.
Eco Lat Lon Profundidade 166 variáveis Local Replicados 166 variáveis 1 LP2a 2 LP2b … LP 2 LP2c N LP2d Média
Figura 10 - Ilustração das tabelas obtidas depois da exportação do ficheiro CSV, nomeadamente, com os pontos de um replicado de um local de amostragem com as 166 variáveis, posição e profundidade (esquerda) e de um local de amostragem com as 166 variáveis.
2.3.2 Granulometria sedimentar
Para cada replicado (4 por local) de cada local (11 no total), a quantidade de peso seco correspondente a cada classe granulométrica foi expressa em percentagem relativa ao peso seco total. Estes valores foram utilizados no cálculo da mediana, correspondendo este valor ao diâmetro do grão ao qual metade dos grãos da amostra tem diâmetro inferior e outra metade diâmetro superior. Em relação ao conteúdo em finos (partículas inferiores a 63 µm), não foi realizada nenhuma análise detalhada. Assim, a mediana para amostras com um conteúdo de finos superior a 50% não pode ser calculada, sendo estas amostras classificadas como vasa. As areias (amostras com menos de 50% de finos) foram divididas de acordo com os valores de mediana, expresso em unidades de Φ, segundo a escala de Wentworth (Doeglas, 1968) com uma adaptação proposta por Larsonneur (1977) (tabela 2).
A matriz final dos dados granulométricos (Anexo I) inclui, para cada replicado amostrado, seis classes (>1; 0.5-1; 0.25-0.5; 0.125-0.5; 0,.063-0.125; <0.063 mm).
Tabela 2 - Classificação sedimentar , adaptada de Wenworth (Doeglas, 1968) e de Larssoneur 1977.
Mediana (Φ) Classificação sedimentar Conteúdo em finos
<5 5-25 25-50
(-1) – 0 Muito grosseira limpa vasosa Muito vasosa
0 – 1 Grosseira 1-2 Areia Média 2-3 Fina 3-4 Muito fina ≥4 Vasa ≥50
2.3.3 Correlação entre o conteúdo em finos e a biomassa algal
Foi realizada uma análise da correlação de Spearman entre o conteúdo de finos e a biomassa algal para os replicados de todos os locais que apresentavam vegetação.
2.3.4 Desenho experimental
As matrizes finais de dados acústicos (50 e 200kHz) e granulométricos, contendo os valores para cada uma destas variáveis para todos os locais (representados pelas réplicas), foram submetidas a testes de hipóteses usando análise permutacional multivariável de variância (PERMANOVA) do software Primer v6 (Clarke e Gorley, 2006), tendo como base o cálculo da distância Euclideana entre amostras. PERMANOVA é uma rotina que testa simultaneamente a resposta de uma ou mais variáveis a um ou mais factores, com um desenho experimental de análise de variância (ANOVA) com base em medidas de similitude, usando métodos permutacionais (Anderson et al., 2008). Em qualquer análise realizada através de PERMANOVA é necessário criar um modelo, que providencia a informação necessária sobre a separação dos factores e do desenho experimental. Um factor é definido como uma variável categórica que caracteriza grupos de amostras com características similares que queremos comparar (Anderson et al., 2008). Na criação do modelo para a PERMANOVA, os factores têm de ser classificados como fixos ou aleatórios e como ortogonais ou aninhados. Os factores fixos são definidos como as variáveis que são objectivo de estudo (p.e. cobertura neste estudo), as quais o investigador inclui todos os níveis (com e sem cobertura) no estudo, enquanto no caso dos factores aleatórios, os
seus níveis podem ser vistos como escolhidos aleatoriamente entre outros níveis que podiam ser seleccionados (p.e. os locais neste estudo). Em relação aos factores, dois factores são ortogonais se todos os níveis de um factor estão presentes em todos os níveis do outro factor e vice-versa, pelo contrário, um factor é aninhado noutro se os seus níveis não correspondem a todos os níveis do outro factor, sendo este último um factor de nível superior (necessariamente fixo) (Anderson et al., 2008).
Os valores de pseudo-F nos testes globais e os valores de estatística t nas comparações à posteriori duas a duas da PERMANOVA foram avaliados como valores de significância entre grupos para os factores testados. Nos testes globais comparam-se todos os níveis dos factores a testar, enquanto pares de níveis do factor de interesse são comparados nas comparações à posteriori duas a duas. Nestas análises foi escolhido um valor de significância de α=0.05, ou seja, valores de p <0.05 revelavam que os grupos comparados eram significativamente diferentes entre si (Anderson et al., 2008).
As análises dos dados acústicos também incluíram dados granulométricos e de biomassa algal como covariáveis. Podem ser conhecidas relações entre as variáveis em teste (dados acústicos) e outras variáveis quantitativas (covariáveis). Isto tem interesse na análise das possíveis respostas dos dados a estas relações conhecidas.No caso dos dados granulométricos, para covariável foi seleccionado o resultado do primeiro eixo de uma PCA, enquanto que no caso da biomassa algal foi usado o peso seco livre de cinzas (PSLC). No uso das covariáveis é seleccionado o tipo I de soma de quadrados, permitindo a introdução da covariável nomodelo e a manutenção da ordem com introdução dos factores no modelo em relação uns aos outros (Anderson et al., 2008).
Para cada conjunto de dados, foram realizadas análises de ordenação nMDS (non-metric multidimensional scalling), de modo a visualizar os padrões de variação existentes (Clarke e Gorley, 2006). Os diagramas incluem o valor de stress, que quantifica a diferença entre o que é representado nos diagramas de ordenação e as distâncias Euclideanas entre as amostras (Clarke e Warwick, 2001).
H01: Não existem diferenças acústicas significativas entre áreas arenosas e
vasosas sem cobertura vegetal
Neste teste foram usadas áreas sem cobertura vegetal mas com fundos caracterizados por diferentes tipos sedimentares. As áreas arenosas que estão presentes em Molino de la Calcetera (MCA e MCB) são representadas pelos locais de amostragem correspondentes sem vegetação (MCA1, MCA2, MCB1, MCB2). Em relação à área com fundo de vasa (LM) é representada pelo local sem vegetação criado artificialmente em La Puntica (LP3) através do arrancamento das macroalgas. Devido às inesperadas dificuldades encontradas durante este processo relacionadas com o sistema rizoidal da macroalga, não foi possível criar um desenho experimental similar ao de MC, ou seja, não se obteve a replicação, em sedimento vasoso, de áreas e de locais sem macroalga dentro de uma área. No local onde se criaram fundos vasosos sem cobertura macroalgal (LP3) foram amostradas 8 replicas, 4 antes e 4 depois da remoção das algas, para testar a hipótese nula de que não existem diferenças sedimentares significativas antes e depois da remoção.
Para testar H01 com os dados granulométricos e os dados dos 200 kHz, foi
criado um modelo de três factores aninhados, respectivamente, tipo sedimentar constituído por dois níveis, areia e vasa, como factor fixo, área, como factor aleatório e aninhado no tipo sedimentar (LP para vasa, MCA e MCB para areia) e locais como factor aleatório e aninhado nas áreas e no sedimento (LP3a para LP e vasa; MCA1 e MCA2 para MCA e areia; MCB1 e MCB2 para MCB e areia). Este modelo é assimétrico, visto que não foi possível realizar a replicação de locais e áreas em sedimento vasoso. Para os 50 kHz o modelo utilizado foi mais simples, apenas com dois factores, porque não se conseguiu obter dados acústicos para a área de MCA. A análise realizada aos dados acústicos foi complementada com o uso da granulometria sedimentar como covariável.
H02: Não existem diferenças acústicas significativas entre áreas com baixa,
média e elevada biomassa algal
Foram definidos três níveis de biomassa – conteúdo em finos, nomeadamente alto, baixo e elevado, como resultado de uma análise da
correlação entre o conteúdo em finos e a biomassa algal da amostra. A hipótese nula foi testada para os dados dos 200 kHz com um modelo aninhado com dois factores, usando a relação biomassa – conteúdo em finos como factor fixo, e locais como factor aleatório com três níveis, com dois locais por nível e 4 replicados por local: locais MC3 e MC4 para o nível baixo; locais MCA3 e MCA4 para o nível médio; locais LP1 e LP2 para o nível elevado de Biomassa - Conteúdo em finos. Relativamente aos 50 kHz foi usado um modelo simplificado, porque não existem dados acústicos disponíveis para o nível de média biomassa/conteúdo de finos (LMA). A análise aos dados acústicos foi complementada com o uso de covariáveis: biomassa algal, granulometria sedimentar e os resultados do primeiro eixo de uma PCA realizado sobre uma matriz de dados de biomassa – conteúdo de finos.
2.3.5 Correlação entre os dados acústicos e as covariáveis usadas nos desenhos experimentais
Foi efectuada uma análise da correlação de Spearman entre o resultado do 1º eixo de uma PCA realizada sobre os dados acústicos, para ambas as frequências, e as covariáveis utilizadas nos desenhos experimentais (biomassa algal, conteúdo em finos, biomassa - conteúdo em finos e granulometria. As análise referentes aos 50 kHz envolviam dois níveis do factor biomassa – conteúdo em finos, no caso dos 200 kHz foram usados dois e três níveis deste mesmo factor.
3 Resultados
3.1 Granulometria sedimentar e biomassa algal
Os resultados da granulometria sedimentar e de biomassa de C. prolifera de todas as áreas em estudo estão representados na tabela 3. Todos os sedimentos dos locais da área Molino de la Calcetera foram classificados como areias, apesar de os locais cobertos com vegetação apresentarem uma granulometria mais grosseira (areia média limpa), com um conteúdo em finos menor quando comparados com os locais cobertos pela vegetação (areia muito fina e muito vasosa - MCA e muito fina limpa - MCB) que também apresentam entre si variação no conteúdo em finos. Para a área de La Puntica todos os locais apresentam sedimentos vasosos. A biomassa da macroalga é diferente para cada estação, apresentando um certo gradiente LP> MCA> MCB. A capacidade da macroalga C. prolifera em reter partículas sedimentares finas através do seu sistema rizoidal tem vindo a ser descrita (Pérez-Ruzafa et al., 1991). Os nossos dados e também as observações no local indicam no sentido de que esta ideia corresponde à verdade. Durante a procura de locais para a realização deste trabalho, não foram encontradas áreas com fundos vasosos sem cobertura macroalgal, aliado ao facto de que na área de Molino de la Calcetera as zonas cobertas pelas macroalgas apresentavam uma fina camada superior de sedimento vasoso, ao contrário das zonas em que não havia macroalgas onde essa camada era inexistente. Consoante a cobertura macroalgal fica mais densa, mais vasosos se tornam os fundos, até se atingir a situação de La Puntica que apresenta uma camada superior bastante espessa de sedimentos finos. A pequena diferença entre a biomassa algal, comparando os locais de MCA com os de MCB, corresponde a grandes diferenças no conteúdo granulométrico, isto leva a supor que nos estados iniciais de fixação da macroalga, pequenos incrementos na biomassa algal têm como consequência grandes aumentos no teor em finos do sedimento. Tal como foi indicado por Pérez-Ruzafa (1991), é admissível sugerir que a disseminação da macroalga C. prolifera pelo Mar Menor contribui para o envasamento progressivo dos sedimentos superficiais.
Tabela 3 - Granulometria sedimentar, expressa em percentagem do peso total do sedimento, mediana em unidades phi (Ф), biomassa algal, expressa em peso das cinzas (g) e classificação sedimentar. Os valores por local correspondem à média dos 4 replicados.
Classes granulométricas (mm) Median
a (Φ)
Biomassa
(AFDW, g) Classificação sedimentar Locais 1.000 0.500 0.250 0.125 0.063 <0.063
MCA1 sem cobertura 2.08 14.58 48.47 33.79 0.89 0.29 1.70 0.00 Areia média limpa
MCA2 sem cobertura 4.26 13.03 45.17 34.68 1.84 1.02 1.76 0.00 Areia media limpa
MCA3 com cobertura 0.87 0.63 1.45 13.98 38.53 44.32 3.86 8.435 Areia muito fina e muito vasosa
MCA4 com cobertura 0.67 0.73 15.15 19.41 21.13 42.82 3.56 8.755 Areia muito fina e muito vasosa
MCB1 sem coberura 1.21 13.92 38.20 45.53 0.96 0.22 1.89 0.00 Areia média limpa
MCB2 sem cobertura 0.87 8.45 43.84 45.73 0.76 0.47 1.93 0.00 Areia média limpa
MCB3 com cobertura 2.47 4.55 21.86 63.35 3.69 4.08 2.33 6.355 Areia fina limpa
MCB4 com cobertura 2.62 3.96 20.20 62.63 6.07 4.53 2.37 6.238 Areia fina limpa
LP1 com coberura 2.54 3.27 4.32 5.63 3.00 80.71 >4.00 21.588 Vasa
LP2 com cobertura 0.93 1.05 1.61 2.74 2.20 91.23 >4.00 14.178 Vasa
LP3 com cobertura 1.56 1.98 3.47 3.27 1.63 86.87 >4.00 - Vasa
3.2 Correlação entre o conteúdo em finos e a biomassa algal
Na figura 11 estão representados o conteúdo em finos e a biomassa algal das amostras. A relação é directa e embora para valores mais elevados dos descritores a dispersão aumente, uma correlação de Spearman positiva significativa foi observada (p=0.72). As amostras recolhidas nas três áreas representam um gradiente de Biomassa - Conteúdo em finos, correspondendo respectivamente a elevada (LP), média (MCA) e baixa (MCB) biomassa algal/Conteúdo em finos. Estes níveis foram usados posteriormente em testes de hipóteses, com o objectivo de verificar se as suas assinaturas acústicas diferiam.
Figura 11 - Relação entre o conteúdo em finos do sedimento (percentagem do peso seco no total do sedimento) e biomassa algal (peso seco livre de cinzas).
3.3 Desenho experimental
H01: Não existem diferenças acústicas significativas entre áreas
arenosas e vasosas sem cobertura vegetal
Nesta hipótese nula foram usados dados acústicos de locais sem vegetação, com diferentes sedimentos, respectivamente, vasa em LP e areia média limpa em MC. Na área de estudo LP, onde foi criado artificialmente um local não coberto, foram recolhidos 8 replicados de sedimento (4 antes e 4depois da remoção da alga). Os resultados da PERMANOVA realizada para estes dois conjuntos de amostras revelam que não existem diferenças significativas entre os dados sedimentares antes e depois da remoção (pseudo-F= 0.134 e p= 0.90).
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 5 10 15 20 25 30 Co n te ú d o e m fi n o s (% ) Biomassa (PC, g) Elevado Médio Baixo
Os principais resultados referentes a esta hipótese nula estão apresentados na tabela 4. Estes revelam-se similares para a granulometria e para os dados acústicos: não existem diferenças significativas entre locais nem entre áreas, por sua vez existem diferenças (p=0.005) entre diferentes tipos sedimentares. Quando foi usada a granulometria sedimentar ou o conteúdo em finos como covariável, as diferenças entre os diferentes tipos sedimentares para ambas as frequências desapareceram. Estes resultados indicam que ambas as frequências são sensíveis à estrutura sedimentar e conseguem distinguir fundos arenosos de vasosos.
Na figura 12 está representada uma análise de ordenação (nMDS), que mostra uma separação bem clara nos dados acústicos e sedimentares de áreas com diferentes tipos sedimentares, apoiando assim os resultados alcançados através da análise PERMANOVA.
Figura 12 - Diagramas de ordenação (NMDS) dos dados sedimentares e acústicos (50m e 200 kHz) para 2 (LP e MCB) e 3 áreas de estudo (LP, MCA e MCB) relativos aos locais de amostragem sem cobertura macroalgal.
Tabela 4 - Resultados da PERMANOVA para o teste da H01, para ambas as frequências (50 e 200 kHz). gl - graus de liberdade; SQ - soma dos quadrados; MS - média dos quadrados; Se - tipos sedimentares; Ar(Se) - áreas aninhadas nos tipos sedimentares; Lo (Se) – locais aninhados no tipos sedimentares; LO(Ar(Se)) – locais aninhados nas áreas e nos tipos sedimentares; Re – resíduos; Cov – covariável; n.s. não significativo.
Fonte gl SQ MQ Pseudo-F p
Teste global para granulometria
Se 1 32969 32969.00 72.69 0.005
Ar(Se) 1 701.08 701.08 8.51 0.059 (n.s.) Lo(Ar(Se)) 2 164.68 82.34 0.11 0.964 (n.s.)
Res 15 11505 766.99
Total 19 45340
Teste global para o conteúdo em finos
Se 1 23390 23390 50119 0.0001
Ar(Se) 1 0.39 0.39 0.658 0.509 (n.s.) Lo(Ar(Se)) 2 1.17 0.59 0,0398 0.963 (n.s.)
Res 15 221.28 14.75
Total 19 23613 Teste global para 200 kHz
Se 1 2259.60 2259.60 69.17 0.002
Ar(Se) 1 46.39 46.39 3.84 0.097 (n.s.) Lo(Ar(Se)) 2 24.16 12.08 0.25 0.918 (n.s.)
Res 15 728.86 48.59
Total 19 3059
Teste global para 50 kHz
Se 1 1485.50 1485.50 23.72 0.020
Lo(Se) 1 62.62 62.62 2.30 0.087 (n.s.)
Res 9 244.90 27.21
Total 11 1793
200 kHz com granulometria como covariável
Cov 1 2219.70 2219.70 63.14 0.0004 Se 1 65.08 65.08 1.33 0.250 (n.s.) Ar(Se) 1 49.22 49.22 3.80 0.085 (n.s.) Lo(Ar(Se)) 2 23.84 11.92 0.24 0.928 (n.s.) Res 14 701.18 50.08 Total 19 3059
200 kHz com conteúdo em finos como covariável
Cov 1 2230.8 2230.8 67.955 0.0001 Se 1 58.10 58.10 1.171 0.290 (n.s.) Ar(Se) 1 46.695 46.695 3.981 0.093 (n.s.) Lo(Ar(Se)) 2 23.46 11.73 0.235 0.932 (n.s.) Res 14 699.98 49.998 Total 19 3059
50 kHz com granulometria como covariável
Cov 1 1464.60 1464.60 23.94 0.001
Se 1 28.77 28.77 0.94 0.441 (n.s.)
Lo(Se) 1 61.32 61.32 2.06 0.116 (n.s.)
Res 8 238.30 29.79
Total 11 1793
50 kHz com conteúdo em finos como covariável
Cove 1 1471.20 1471.20 23.593 0.002 Se 1 22.20 22.20 0.740 0.558 (n.s.) Lo(Se) 1 62.71 62.71 2.117 0.111 (n.s.)
Res 8 236.92 29.62
H02: Não existem diferenças acústicas significativas entre áreas com baixa,
média e elevada biomassa algal
Através da relação biomassa - conteúdo em finos foi possível separar as áreas em diferentes níveis deste factor, baixo, médio e elevado, correspondendo a MCB, MCA e LP, respectivamente. Os resultados dos testes globais e das comparações à posteriori duas a duas realizados para esta hipótese nula, relativos às variáveis ambientais, são apresentados na tabela 5. Para todos os testes globais os dados de áreas com cobertura algal diferente são significativamente diferentes e as comparações à posteriori duas a duas mostram que as áreas diferem significativamente umas das outras. Dada a rejeição de H01
nula estas diferenças sedimentares poderão vir a mascarar as diferenças acústicas que vão ser testadas em H02.
Tabela 5 - Resultados da PERMANOVA para os testes da H02, para as variáveis ambientais: teste global e comparações à posteriori duas a duas. gl - graus de liberdade; SQ - soma dos quadrados; MS - média dos quadrados. Ar(Se) - áreas aninhadas nos tipos sedimentares; Lo (Ar) – locais aninhados nas áreas; Re – resíduos; n.s. – não significativo.
Teste global Comparações à posteriori duas a duas
Fonte Gl SQ MQ Pseudo-F p Fonte t P
Biomassa algal e conteúdo em finos
Ar 2 37.23 18.62 18.44 0.004 Elevado vs Médio 3.12 0.044 Lo(Ar) 3 3.03 1.01 3.17 0.032 Elevado vs Baixo 4.85 0.015
Res 18 5.74 0.32 Médio vs Baixo 33.36 0.0001
Total 23 46.00
Granulometria
Ar 2 47134 23567 53.04 0.0002 Elevado vs Médio 4.07 0.016 Lo(Ar) 3 1333 444.33 1.99 0.086 (n.s.) Elevado vs Baixo 17.04 0.001
Res 18 4009.1 222.73 Médio vs Baixo 5.81 0.004
Total 23 52476
Conteúdo em finos
Ar 2 26686 13343 176.88 0.0007 Elevado vs Médio 7.98 0.014 Lo(Ar) 3 226.3 75.44 0.96 0.437 (n.s.) Elevado vs Baixo 15.51 0.003
Res 18 1421.7 78.98 Médio vs Baixo 50.23 0.0004
Total 23 28334
Os resultados da H02 para os 200 kHz incluindo os 3 níveis de Biomassa –
Conteúdo em finos estão representados na tabela 6. Estes resultados demonstram que existem fortes diferenças entre dados acústicos relativos aos 200 kHz para áreas de níveis diferentes de biomassa – conteúdo em finos. Quando se usam descritores sedimentares (Granulometria e conteúdo em finos)
seja, as diferenças no sedimento não explicam as diferenças registadas nos dados acústicos. Pelo contrário, quando se usa a biomassa algal e principalmente o resultado do 1º eixo da PCA de uma matriz biomassa algal – conteúdo em finos as diferenças observadas, entre as áreas com diferentes níveis de biomassa – conteúdo em finos, desaparecem. Estes resultados aliados aos obtidos na H01,
sugerem que os 200kHz são sensíveis à presença desta macroalga.
Tabela 6 - Resultados da PERMANOVA para a H02, para os 200 kHz e para os 3 níveis de biomassa/conteúdo em finos; gl - graus de liberdade; SQ - soma dos quadrados; MS - média dos quadrados. Ar(Se) - áreas aninhadas nos tipos sedimentares; Lo (Ar) - locais aninhados nas áreas; Re – resíduos; n.s. – não significativo.
Fonte gl SQ MQ Pseudo-F P Teste global Ar 2 2740.30 1370.20 8.61 0.014 Lo(Ar) 3 477.72 159.24 5.64 0.0001 Res 18 507.95 28.22 Total 23 3726 Granulometria como covariável
Cov 1 1676.80 1676.80 13.52 0.0001
Ar 2 1206.90 603.45 6.89 0.0124
Lo(Ar) 3 364.46 121.49 4.32 0.0006
Res 17 477.80 28.11
Total 23 3726
Conteúdo em finos como covariável
Cov 1 1844.9 1844.9 15.66 0.0001
Ar 2 1047.9 523.97 6.22 0.0115
Lo(Ar) 3 354.63 118.21 4.20 0.0010
Res 17 478.54 28.15
Total 23 3726
Biomassa algal como covariável
Cov 1 2478.70 2478.70 27.69 0.0001
Ar 2 484.91 242.45 2.73 0.0708 (n.s.) Lo(Ar) 3 285.10 95.04 3.39 0.0032 Res 17 477.30 28.08
Total 23 3726
Biomassa algal e conteúdo em finos como covariável
Cov 1 2485 2485 18.78 0.0001 Ar 2 365.16 182.58 1.82 0.186 (n.s.) Lo(Ar) 3 394.78 131.59 4.65 0.0012 Res 17 481.09 28.30 Total 23 3726
Os resultados obtidos para os 50 e 200 kHz para os níveis de Biomassa – conteúdo em finos (baixo e elevado) são apresentados na tabela 7. Os resultados foram similares aos encontrados na análise para esta hipótese nula (referentes apenas aos 200 kHz), neste caso para ambas as frequências existem diferenças entre os dados acústicos para este factor (área). Quando são usados a
granulometria e o conteúdo em finos como covariáveis estas diferenças não desaparecem, apesar de no caso dos 50 kHz o valor obtido (p=0.046) ser um valor de fronteira para a significância, enquanto que no caso dos 200 kHz as diferenças não são justificadas minimamente por estes descritores. Isto indica que os 50 kHz são mais sensíveis à estrutura sedimentar que os 200 kHz.
Ao introduzir-se a biomassa algal como covariável, esta justifica eficazmente as diferenças entre áreas no caso dos 200 kHz (p=0.1977), ao invés no caso dos 50 kHz que, apesar do valor apresentado ser não significativo (p=0.053), este volta a ser um valor de fronteira para a significância. Isto indica uma maior sensibilidade por parte dos 200 kHz à presença das macroalgas, confirmado quando se usa o resultado do 1º eixo do PCA da matriz Biomassa – conteúdo em finos como covariável, apesar de o factor em causa deixar de ser significativo para ambas as frequências, o valor de p associado ao pseudo-F é muito mais alto para os 200 kHz (tabela 7). Na figura 13 está representada uma análise de ordenação (NMDS) relativos aos dados sedimentares e acústicos (50 e 200 kHz) dos três níveis de biomassa – conteúdo em finos (baixo, médio e elevado. Denota-se uma separação clara entre os dados sedimentares e
